TW201940119A

TW201940119A - 感測裝置

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Publication number: TW201940119A
Application number: TW107111695A
Authority: TW
Inventors: 王世育; 吳權霖; 梁志銘; 李昭法
Original assignee: 大陸商業成科技（成都）有限公司; 大陸商業成光電（深圳）有限公司; 英特盛科技股份有限公司
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2019-10-16
Also published as: CN108652665A

Abstract

本發明提供一種感測裝置，包括超音波感測器，所述超音波感測器用於向被測對象發射超音波、接收經被測對象反射的超音波並轉換成對應所述被測對象的感測信號；所述感測裝置還包括壓力感測器，所述壓力感測器用於感測施加於所述感測裝置上的壓力的大小。本發明的感測裝置不僅包括超音波感測器，還包括壓力感測器，因此本發明的感測裝置不僅可以監測被測對象的血流量、血管彈性及心臟收縮能力等生理參數，還能夠監測血壓、心率。

Description

感測裝置

本發明涉及一種感測裝置，尤其涉及一種複合型感測裝置。

當代社會，人們自身的健康意識普遍提高，除了作息、飲食和鍛煉的高度重視外，有規律的體檢亦必不可少。超音波檢查係利用超高頻率的音波穿過人體，藉不同組織對音波的反射程度不同，收集這些反射波後，經由電腦的精密計算，呈現出體內組織的構造，供醫師判斷正常或及異常。

目前，超音波傳感器具有尺寸小、價格低、安全等優點已被廣泛應用於醫學成像設備。在具有超音波感測器的感測裝置中，超音波感測器可進行心臟結構和功能的評估，瞭解心臟收縮情形，判斷心臟瓣膜活動的情況，可瞭解血流方向及流速及可看冠狀動脈係否狹窄，還可偵測係否有心臟瓣膜缺損，提供冠狀動脈疾病患者和一般民眾心血管功能檢查的診斷與評估。而習知的具有超音波感測器的感測裝置無法感測使用者的血壓，若使用者需要感測血壓和心率，則需要採用額外的感測裝置。

鑒於此，本發明提供一種可測血壓、心率等多種心輸出訊號的複合型感測裝置。

一種感測裝置，包括超音波感測器，所述超音波感測器用於向被測對象發射超音波、接收經被測對象反射的超音波並轉換成對應所述被測對象的感測信號；

所述感測裝置還包括壓力感測器，所述壓力感測器用於感測施加於所述感測裝置上的壓力的大小。

相較於習知技術，本發明的感測裝置不僅包括超音波感測器，還包括壓力感測器，因此本發明的感測裝置不僅可以監測被測對象的血流量、血管彈性及心臟收縮能力等生理參數，還能夠監測血壓、心率，為一種能夠測量多種參數的複合型感測裝置。

附圖中示出了本發明的實施例，本發明可以藉由多種不同形式實現，而並不應解釋為僅局限於這裡所闡述的實施例。相反，提供這些實施例係為了使本發明更為全面和完整的公開，並使本領域的技術人員更充分地瞭解本發明的範圍。為了清晰可見，在圖中，層和區域的尺寸被放大了。

可以理解，儘管第一、第二等這些術語可以在這裡使用來描述各種元件、區域、層和/或部分，然這些元件、區域、層和/或部分不應僅限於這些術語。該等術語只係被用來區分元件、區域、層和/或部分與另外的元件、區域、層和/或部分。故，只要不脫離本發明的教導，下面所討論的第一部分、元件、區域、層和/或部分可以被稱為第二部分、元件、區域、層和/或部分。

這裡所用的專有名詞僅用於描述特定的實施例而並非意圖限定本發明。如這裡所用的，單數形式「一」、「一個」和「該」亦意圖涵蓋複數形式，除非上下文清楚指明係其它情況。還應該理解，當在說明書中使用術語「包含」、「包括」時，指明了所述特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，然不排除一個或多個其它特徵、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在。

這裡參考剖面圖描述本發明的實施例，這些剖面圖係本發明理想化的實施例（和中間構造）的示意圖。因而，由於製造工藝和/或公差而導致的圖示的形狀不同係可以預見的。故，本發明的實施例不應解釋為限於這裡圖示的區域的特定形狀，而應包括例如由於製造而產生的形狀的偏差。圖中所示的區域本身僅係示意性的，它們的形狀並非用於圖示裝置的實際形狀，並且並非用於限制本發明的範圍。

除非另外定義，這裡所使用的所有術語（包括技術和科學術語）具有與本發明所述領域的普通技術人員所通常理解的含義相同的含義。還應當理解，比如在通用的辭典中所定義的那些的術語，應解釋為具有與它們在相關領域的環境中的含義相一致的含義，而不應以過度理想化或過度正式的含義來解釋，除非在本文中明確地定義。

請一併參考圖1和圖2，圖1係本發明第一實施例的感測裝置100的立體示意圖。圖2係本發明第一實施例的感測裝置100的內部結構示意圖。如圖1所示，在本實施例中，所述感測裝置100為一體式便攜裝置。圖1示出了所述感測裝置100的外殼18以及設置於所述外殼18的顯示視窗17，所述外殼18用於保護所述感測裝置100的內部元件，後述顯示器14的顯示畫面可以透過所述顯示視窗17被使用者觀看。所述如圖2所示，所述感測裝置100包括本體11、壓力感測器12和超音波感測器13。優選地，所述壓力感測器12位於所述本體11和所述超音波感測器13之間，以便更好地感測施加於所述感測裝置100的壓力。所述本體11、所述壓力感測器12和所述超音波感測器13依次連接構成一體式的所述感測裝置100。所述感測裝置100能夠即時、持續地監控使用者的健康狀況，例如血流量、單一脈搏血液輸送量、心率等。其中，所述本體11可以作為所述感測裝置100的使用者抓握的手柄；所述本體11中還設置有顯示器14和電源、處理器（圖未示）等元件，所述電源為所述壓力感測器12和超音波感測器13供給工作電能，所述處理器能夠處理來自所述壓力感測器12和超音波感測器13的感測信號，所述顯示器14能夠將感測結果藉由曲線、數值等方式顯示以供被測對象觀看。所述電源例如可以為紐扣電池或鋰電池，用以供應直流電源或交流電源；所述顯示器14可以為液晶顯示器（LCD）或者有機發光二極體（OLED）顯示器等。在本實施例中，所述本體11還可以包括多個按鈕15，以便於使用者操作所述感測裝置100。

所述超音波感測器13用於向被測對象發射超音波、接收經被測對象反射的超音波並轉換成對應被測對象的感測信號。所述超音波感測器13可用於監測被測對象的血流量、血管彈性、心率及心臟收縮能力等生理參數。

請參考圖3，圖3係本發明第一實施例的超音波感測器13的剖面結構示意圖。為了簡潔起見，圖中僅示出了超音波感測器13的部分元件，省略了殼體、基板等其他元件。在本實施例中，所述超音波感測器13包括信號發送層131、黏合層132、柔性電路板（圖未示）和信號接收層134。優選地，所述信號發送層131和所述信號接收層134設置於同一平面。在其他實施例中，所述信號發送層131和所述信號接收層134的位置可改變，並不影響超音波感測器13正常工作。可以理解的，所述超音波感測器13可為本領域常規的各種結構，不限於圖3所示的結構。

具體地，所述信號發送層131包括第一電極層101、第二電極層103及夾設於所述第一電極層101與所述第二電極層103之間的第一壓電層102。所述第一壓電層102可以為壓電材料。所述信號發送層131工作時，所述第一電極層101和所述第二電極層103之間形成電勢差，進而使第一壓電層102振動產生超音波。

所述信號接收層134包括第三電極層104、第四壓電層106及夾設於所述第三電極層104與所述第四壓電層106之間的第二壓電層105。所述第一壓電層102振動產生的超音波信號到達人體皮膚表面或皮下組織並被反射形成反射超音波信號，所述反射超音波信號被所述信號接收層134接收，所述第二壓電層105在所述反射超音波信號的作用下表面產生電荷，所述電荷藉由所述第三電極層104耦合至所述柔性電路板並輸入至控制電路（圖未示），所述控制電路放大所述電荷形成輸出電信號發送至外部控制電路（圖未示）。

所述超音波感測器13監測人體皮下組織的狀況，例如血流量、血管彈性、心率及心臟收縮能力的技術為習知技術，在此不再贅述，該技術運用了多普勒效應。所述超音波感測器13的外觀可以為圓柱形、球形或其他適合的形狀。所述超音波感測器120產生的超音波的頻率例如可以為1.0-2.5MHz，優選的1.5-2.5MHz，該超音波頻率為優選的適用於心臟頻率，能夠更好的監控和檢測心臟狀態。所述被測對象例如可以係人體。

在本實施例中，所述超音波感測器13產生的超音波的頻率以2.5MHz為例進行說明。具體地，以超音波感測器13對血流量的檢測為例進行說明，所述超音波感測器13產生了頻率為2.5MHz的超音波，所述超音波穿透至血管內，由血液中的血球反射回超音波感測器13。此時，由於超音波與血球具有相對運動，根據多普勒效應，回傳至所述超音波感測器13的超音波的頻率發生了變化。例如，超音波的頻率的變化量可以為0～4kHz，即回傳到所述超音波感測器13的超音波的頻率可以為2.5MHz±4kHz。此時，超音波的頻率的變化量定義為音訊訊號，對所述音訊訊號進行分析，即可分析獲得血流量的參數。

所述壓力感測器12用於感測被測對象的血壓。當所述感測裝置100感測血壓時，可以將超音波感測器13抵在被測對象（如人體）的動脈（如前臂橈動脈或者手肘肱動脈）處，施加壓力使動脈（以下簡稱血管）發生形變，所述壓力感測器12受到被測對象的反作用力發生形變並感測施加於所述感測裝置100的壓力的大小。此時，結合超音波感測器13藉由多普勒效應分析得到的血流量的參數和所述壓力感測器12感測到的壓力的大小，分析壓力的大小與血流量的變化之間的關係從而獲得血壓的參數。

具體地，當測量收縮壓時，向血管施加壓力，當施加的壓力高於心臟的收縮壓時，血液不能流動，隨著施加的壓力逐漸減小，當施加的壓力等於收縮壓時，血液開始能夠流動，此時分析壓力大小和超音波運用多普勒效應監測到的血流量之間的關係，得出收縮壓。當測量舒張壓時，繼續緩慢減小施加的壓力，直到施加的壓力等於或者稍低於舒張壓時，施加於血管的壓力不足以擠壓血管而使血流通暢、血流量穩定，此時分析壓力大小和超音波運用多普勒效應監測到的血流量之間的關係，得出舒張壓。

請參考圖4，圖4係本發明第一實施例的壓力感測器12的剖面結構示意圖。為了簡潔起見，圖中僅示出了超音波感測器13的部分元件，省略了殼體、基板等其他元件。所述壓力感測器12可以為電容式壓力感測器或者壓電式壓力感測器。在本實施例中，所述壓力感測器12包括相對設置的第五電極121和第六電極123，以及夾設於所述第五電極121和第六123電極之間的間隔層122（圖未示）。所述間隔層122可以為壓電材料，亦可以為絕緣材料。在本實施例中，所述壓力感測器12為電容式壓力感測器，所述間隔層122為絕緣材料，當所述壓力感測器12受到壓力時，所述壓力感測器12產生形變，相對的第五電極121和所述第六電極123之間的電容產生變化，所述壓力感測器12藉由偵測電容的變化量以換算得出按壓力的大小。

請參考圖5，圖5係本發明第一實施例的感測裝置100的功能模組圖。如圖5所示，所述感測裝置100工作時，所述超音波感測器13向被測對象發射超音波、接收經被測對象反射的超音波並轉換成對應被測對象的感測信號；所述壓力感測器12受到被測對象的反作用力發生形變，其相對的電極間的電容量發送變化，藉由偵測電容的變化量獲得感測信號；所述處理器16處理來自所述壓力感測器12和超音波感測器13的感測信號，藉由所述顯示器14將感測結果藉由曲線、數值等方式顯示以供被測對象觀看。

由於本發明的感測裝置100不然包括超音波感測器13，還包括壓力感測器12，為一種複合型的感測裝置。所述感測裝置100不僅可以監測被測對象的血流量、血管彈性、心率及心臟收縮能力等生理參數，還能夠監測血壓。具體地，所述感測裝置100產生的超音波因多普勒效應產生的音訊訊號（即超音波的頻率的變化量）可經由短時傅立葉轉換（short-time Fourier transform, STFT），進一步分析獲得血流流速、血管彈性、心率及心臟收縮的參數；結合感測裝置100藉由多普勒效應分析得到的血流量的參數和所述壓力感測器12感測到的壓力的大小，進一步分析獲得血壓的參數。綜上，本發明的感測裝置100為一種可測量多參數的超音波多普勒分析儀。

請參考圖6，圖6係本發明第二實施例的感測裝置200的立體示意圖。在本實施例中，所述感測裝置200可以為分體式便攜裝置，包括分離設置的影像部201和感測部202，所述影像部201和所述感測部202藉由導線203連接，所述影像部201包括顯示器24，所述感測部202包括壓力感測器和超音波感測器（圖未示）。所述顯示器24的結構和功能與第一實施例的顯示器14相同，所述感測部202的壓力感測器的結構和功能與第一實施例的壓力感測器12相同，所述感測部202的超音波感測器的結構和功能與第一實施例的超音波感測器13相同，在此不再贅述。

請參考圖7，圖7係本發明第三實施例的感測裝置300的立體示意圖。在本實施例中，所述感測裝置300可以為穿戴式感測裝置，適用於運動者佩戴並隨時測量相關生理參數。在本實施例中，所述感測裝置300為一種手套，能夠覆蓋使用者的腕部，所述壓力感測器12和超音波感測器13均對應設置於手套的腕部區域，藉由使用者的腕部感測相關生理參數。

請參考圖8，圖8係本發明第四實施例的感測裝置400的立體示意圖。在本實施例中，所述感測裝置400可包括與上述實施例一所述的相同的感測裝置，然其具有無線傳輸功能，可藉由無線傳輸方式，適用於醫院、遠距離應用及個人健康管理。所述感測裝置400的感測結果可以藉由無線方式，例如WiFi、藍牙等方式傳遞至手機、PDA（個人資料助理）、平板電腦、電腦等終端401。此時，所述感測裝置400可以不包括顯示器，感測結構藉由終端401顯示以供使用者觀看。

可以理解的，上述實施例中的感測裝置100～400適用於手腕、手肘、腳踝、鼠蹊部等部位。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

100、200、300、400‧‧‧感測裝置

11‧‧‧本體

12‧‧‧壓力感測器

121‧‧‧第五電極

122‧‧‧間隔層

123‧‧‧第六電極

13‧‧‧超音波感測器

131‧‧‧信號發送層

132‧‧‧黏合層

134‧‧‧信號接收層

101‧‧‧第一電極

102‧‧‧第一壓電層

103‧‧‧第二電極

104‧‧‧第三電極

105‧‧‧第二壓電層

106‧‧‧第四電極

14、24‧‧‧顯示器

15‧‧‧按鈕

16‧‧‧處理器

17‧‧‧顯示視窗

18‧‧‧外殼

201‧‧‧影像部

202‧‧‧感測部

203‧‧‧導線

401‧‧‧終端

圖1係本發明第一實施例的感測裝置的立體示意圖。

圖2係本發明第一實施例的感測裝置的內部結構示意圖。

圖3係本發明第一實施例的超音波感測器的剖面結構示意圖。

圖4係本發明第一實施例的壓力感測器的剖面結構示意圖。

圖5係本發明第一實施例的感測裝置的功能模組圖。

圖6係本發明第二實施例的感測裝置的立體示意圖。

圖7係本發明第三實施例的感測裝置的立體示意圖。

圖8係本發明第四實施例的感測裝置的立體示意圖。

Claims

一種感測裝置，包括超音波感測器，所述超音波感測器用於向被測對象發射超音波、接收經被測對象反射的超音波並轉換成對應所述被測對象的感測信號；其改良在於：所述感測裝置還包括壓力感測器，所述壓力感測器用於感測施加於所述感測裝置上的壓力的大小。
如請求項1所述的感測裝置，其中：所述感測裝置包括本體，所述壓力感測器位於所述本體和所述超音波感測器之間，所述本體包括與所述壓力感測器和所述超音波感測器電性連接的電源和處理器。
如請求項1所述的感測裝置，其中：所述感測裝置依據經被測對象反射的超音波信號分析獲得血流量、血管彈性、心率及心臟收縮的參數。
如請求項3所述的感測裝置，其中：所述壓力感測器測量到的壓力大小與所述血流量的參數結合，經綜合分析獲得血壓的參數。
如請求項1所述的感測裝置，其中：所述感測裝置為一體式便攜裝置，所述感測裝置還包括用於顯示感測結果的顯示器。
如請求項1所述的感測裝置，其中：所述感測裝置為分體式便攜裝置，包括分離設置的影像部和感測部，所述影像部包括顯示器，所述感測部包括所述壓力感測器和所述超音波感測器，所述影像部和所述感測部藉由導線連接。
如請求項1所述的感測裝置，其中：所述感測裝置為穿戴式感測裝置。
如請求項1所述的感測裝置，其中：所述感測裝置具有無線傳輸功能，其將測量到的生理參數藉由無線網路或者藍牙傳遞至一終端。
如請求項1所述的感測裝置，其中：所述超音波感測器包括層疊設置的超音波信號發送層和超音波信號接收層。
如請求項1所述的感測裝置，其中：所述壓力感測器包括相對設置的兩個電極，以及夾設於所述兩個電極之間的間隔層，所述間隔層為絕緣材料或壓電材料。